Как новый метод фильтрации фотонов сокращает путь к мощным квантовым компьютерам?

Создание практичных квантовых компьютеров сталкивается с двумя основными препятствиями: необходимостью большого количества кубитов и обеспечением их высокого качества. Особенно это критично для фотонных квантовых компьютеров, где для надежных вычислений требуются фотоны (частицы света) исключительно высокого качества. Любые ошибки или шум могут фатально исказить результат.
Как новый метод фильтрации фотонов сокращает путь к мощным квантовым компьютерам?
Изображение носит иллюстративный характер

Ранее для создания одного надежного кубита требовались сотни физических фотонов, так как основная ставка делалась на коррекцию ошибок уже после их возникновения в процессе вычислений. Это значительно увеличивало сложность и ресурсоемкость систем. Миллиардные инвестиции технологических гигантов и правительств направлены на преодоление этих барьеров.

Исследователи из Университета Твенте (UT), Нидерланды, предложили принципиально иной подход, опубликованный в журнале Physical Review Applied. Их разработка позволяет улучшать качество фотонов на самом начальном этапе, до начала вычислений, что кардинально снижает общее количество необходимых частиц.

Команда, включающая ведущего исследователя доктора Йелмера Ренему (Jelmer Renema), аспиранта Франка Сомхорста (Frank Somhorst), а также Кайта Сауэра (Kite Sauër) и Стефана ван ден Ховена (Stefan van den Hoven), разработала новый компонент – оптическую схему с программируемыми световодами и детекторами.

Эта схема работает как высокоточный фильтр. Она способна выделить единичные фотоны высокого качества из потока несовершенных частиц. Используя квантовые свойства света, система создает особое состояние, подобное «коту Шрёдингера», где фотоны смещаются к «хорошим» характеристикам еще до измерения. Последующее измерение подтверждает, сохранил ли фотон нужные свойства.

Ключевое отличие нового метода – его адаптивность. В отличие от простого цветного фильтра, который отсеивает свет по заранее заданному параметру, эта система с программируемыми переключателями отфильтровывает «плохие» фотоны, не требуя предварительной информации о конкретной причине их дефекта. Происходит обмен количества на качество: несколько несовершенных фотонов приносятся в жертву ради получения одного идеального.

Такой подход «на входе» значительно снижает нагрузку на последующие этапы коррекции ошибок. Устраняя шум на ранней стадии, метод требует «значительно меньше» фотонов по сравнению с традиционными подходами, основанными на пост-обработке. Это не только повышает качество входных данных, решая проблему «плохой ввод – плохой вывод», но и напрямую увеличивает вычислительную мощность.

Эффективность новой системы открывает путь к созданию более дешевых, доступных и энергоэффективных квантовых компьютеров. Уменьшение числа требуемых фотонов и упрощение коррекции ошибок делает реализацию крупномасштабных квантовых вычислений более достижимой.

Университет Твенте обладает уникальным опытом в области фотоники и квантовых технологий, накопленным за годы исследований по управлению фотонами с помощью интерференции. Этот опыт стал основой для разработки нового метода фильтрации. Текущая работа исследователей UT сосредоточена на создании универсального квантового компьютера большого масштаба.

Разработанный метод рассматривается как фундаментальный элемент будущих практических фотонных квантовых компьютеров, способных выполнять вычисления без ошибок. Он приближает эру, когда квантовые технологии смогут привести к революции в медицине, создании новых материалов, обеспечении безопасной связи и открытии совершенно невообразимых сегодня приложений.


Новое на сайте

19989Шесть историй, которые умещаются на ладони 19986Как 30 000 аккаунтов Facebook оказались в руках вьетнамских хакеров? 19985LofyGang вернулась: как бразильские хакеры охотятся на геймеров через поддельные читы 19984Автономная проверка защиты: как не отстать от ИИ-атак 19983Взлом Trellix: хакеры добрались до исходного кода одной из ведущих компаний по... 19982Почему почти 3000 монет в норвежском поле перевернули представление о викингах? 19981Как поддельная CAPTCHA опустошает ваш счёт и крадёт криптовалюту? 19980Слежка за каждым шагом: как ИИ превращает государство в машину тотального контроля 19979Как хакеры грабят компании через звонок в «техподдержку» 19978Почему именно Нью-Йорк стал самым уязвимым городом восточного побережья перед... 19977Как одна команда git push открывала доступ к миллионам репозиториев 19976Зачем древние народы убивали ножами и мечами: оружие как основа власти 19975Как Python-бэкдор DEEPDOOR крадёт ваши облачные пароли незаметно? 19974Послание в бутылке: математика невозможного 19973Почему ИИ-инфраструктура стала новой целью хакеров быстрее, чем ждали все?
Ссылка